wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Transkrypt

1 Genetyka ogólna wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii

2 Chromosomy - przypomnienie 1. Geny są na chromosomach. 2. Geny leżące na jednym chromosomie są sprzężone. 3. Rekombinanty powstają w wyniku crossing over 4. Częstość rekombinacji jest wyznacznikiem odległości między genami krzyżówka testowa oczekiwane obserwowane gamety F1 A B A B A B a b 25% 47% X A B a b a b a b 25% 42% X A b a b 25% 5% a B a b 25% 6% AB ab Ab ab rodzicielskie a b a b a b a b rekombinanty 89% 11% A - czerwone oczy a - fioletowe oczy B - normalne skrzydła b -krótkie skrzydła A 11 cm B odległość między genem A a genem B wynosi 11 cm

3 2 χ Analiza statystyczna wyników krzyżówek hipoteza zerowa: wynik nie odbiega od założonego rozkładu wyliczenie współczynnika χ 2 (chi-kwadrat) odczytanie prawdopodobieństwa z tabel = ( wart. obserwowane wart. oczekiwane) wart. oczekiwane 2 d.f \ P 1 2 0,05 3,8 6,0 Test χ 2 0,001 10,3 13,8 3 7,8 16,2 tabela prawdopodobieństwa w.obs. rozkład w.ocz. żółty groszek ,0042 zielony groszek ,013 suma: 0,017 -> P 0,05 wynik nie odbiega w.obs. rozkład w.ocz. żółty groszek zielony groszek suma: > P 0,001 wynik odbiega

4 Jak interpretować wyniki krzyżówek Skrzyżowano czyste linie kukurydzy o żółtych liściach i kukurydzy o krótkich korzeniach. W F1 wszystkie rośliny były normalne. W F2 otrzymano 609 normalnych, 194 o żółtych liściach, 197 o krótkich korzeniach. Jakie zachodzą relacje między genotypem a fenotypem? A - zielone liście a - żółte liście B -długie korzenie b - krótkie korzenie zielone, długie żółte, długie zielone, krótkie żółte, krótkie F2 AB Ab ab ab AAbb X aabb F1 AaBb AB Ab ab ab AABB AABb AaBB AaBb AABb AAbb AaBb Aabb AaBB AaBb aabb aabb AaBb Aabb aabb aabb w.obs. rozkład w. ocz. zielone, długie ,14 żółte, długie ,18 zielone, krótkie ,05 suma: 0,37 -> P 0,05 wynik nie odbiega

5 Jak interpretować wyniki krzyżówek Wykonano krzyżówkę testową mutanta cp/cp z mutantem cc/pp. Uzyskano następujące potomstwo. Czy C i P są sprzężone? Jaka jest odległość między C a P? białe futro, ciemne oczy 240 białe futro, czerowne oczy 31 ciemne futro, ciemne oczy 34 ciemne futro, czerwone oczy 274 C - ciemne futro c -białe futro P - ciemne oczy p - czerwone oczy c P/C p x c p/c p genotyp obs. rozkł. oczek. c P/c p C p/c p C P/c p c p/c p suma: 579 chi 2 = 352 p 0,001 są sprzężone

6 Jak interpretować wyniki krzyżówek Wykonano krzyżówkę testową mutanta cp/cp z mutantem cc/pp. Uzyskano następujące potomstwo. Czy C i P są sprzężone? Jaka jest odległość między C a P? białe futro, ciemne oczy 240 białe futro, czerowne oczy 31 ciemne futro, ciemne oczy 34 ciemne futro, czerwone oczy 274 C - ciemne futro c -białe futro P - ciemne oczy p - czerwone oczy c P/C p x c p/c p genotyp obs. c P/c p % C p/c p % C P/c p 34 6% c p/c p 31 5% rodzicielskie rekombinanty Odległość między C a P wynosi 11 cm

7 Jak przewidywać wyniki krzyżówek Czerwona barwa kwiatów Antirrhinum jest determinowana przez dwa geny A i B spełniające tę samą funkcję, leżące na jednym chromosomie i oddalone od siebie o 5 cm. Skrzyżowano roślinę ab/ab z rośliną ab/ab. Ile trzeba wysiać nasion aby otrzymać około 10 roślin o białych kwiatach? ab/ab X ab/ab A?????B? aabb

8 Jak przewidywać wyniki krzyżówek Czerwona barwa kwiatów Antirrhinum jest determinowana przez dwa geny A i B spełniające tę samą funkcję, leżące na jednym chromosomie i oddalone od siebie o 5 cm. Skrzyżowano roślinę ab/ab z rośliną ab/ab. Ile trzeba wysiać nasion aby otrzymać około 10 roślin o białych kwiatach? rekombinanty: 5% rodzicielskie: 95% rekombinanty rodzicielskie rekombinanty AB Ab ab ab ab/ab rekombi -nanty AB Ab ab ab AABB AABb AaBB AaBb 0,025 * 0,025 = 0, = 1/ * 1600 = X AABb AAbb AaBb Aabb rodzicielskie ab/ab AaBB AaBb aabb aabb rekombi -nanty AaBb Aabb aabb aabb 2,5% 47,5% 47,5% 2,5% 2,5% 47,5% 47,5% 2,5%

9 Wykład 3 Co jest nośnikiem genów? geny mają naturę dyskretną dziedziczenie zachodzi zgodnie z prawami Mendla geny są na chromosomach 1. czym są mutacje? 2. jaka substancja chemiczna jest nośnikiem genów? 3. co robią geny? 4. w jaki sposób geny są zapisane w cząsteczce chemicznej? Geny są zakodowane w... i co z tego wynika

10 Mutacje to fizyczne zmiany w genach Promieniowanie jonizujące indukuje mutacje normalnie częstość mutacji jest znikomo niska przez naświetlenie promieniami X H.J. Muller uzyskał w tydzień tyle mutantów Drosophila, ile wcześniej zidentyfikowano przez 15 lat geny są zapisane w cząsteczkach chemicznych HJ Muller ( )

11 W jakiej substancji chemicznej są geny? Substancje mogące potencjalnie być nośnikami genów polisacharydy białka kwas deoksyrybonukleinowy Substancje o zbyt małej złożoności substancje nieorganiczne cukry proste aminokwasy etc.

12 W jakiej substancji chemicznej są geny? Transformacja Pneumococcus szczepy o różnych antygenach powierzchniowych I, II, III etc. szczepy patogenne (S) i niepatogenne (R) IIIS IIR mysz zdechła (IIIS) mysz żyje R R II S S III IIIS 65ºC IIR 65ºC mysz żyje mysz żyje IIR + IIIS 65ºC mysz zdechła (IIIS) Szczep IIR jest transformowany przez geny ze szczepu IIIS.

13 Nośnikiem genów jest DNA DNA - czynnik transformujący Pneumococcus zabicie (65ºC) szczepu IIIS chemiczne oczyszczenie polisacharydów, białek i DNA zmieszanie ze szczepem IIR i wstrzyknięcie myszom polisacharydy mysz żyje IIIS 65ºC IIIS białka mysz żyje DNA mysz zdechła (IIIS) DNA jest czynnikiem transformującym IIR do IIIS.

14 DNA - materiał genetyczny faga T2 znakowanie DNA 32 P, znakowanie białek 35 S adsorpcja fagów do bakterii homogenizacja 35 S zostaje w pożywce 32 P wchodzi do bakterii replikacja faga Nośnikiem genów jest DNA Tylko DNA jest niezbędny do produkcji fagów potomnych

15 Alkaptonuria choroba dziedziczna człowieka nadmiar pewnej substancji w moczu hipoteza: mutacja w genie kodującym enzym metabolizujący tę substancję Geny kodują białka

16 Neurospora mutageneza i selekcjonowanie mutantów pokarmowych testy komplementacji Geny kodują białka Ab ab Ab ab heterokarion komplementacja ab ab ab ab heterokarion brak komplementacji

17 Geny kodują białka Jeden gen - jeden enzym auksotrofy niezdolne do wzrostu bez argininy trzy grupy komplementacji - trzy różne geny niezbędne na różnych etapach biosyntezy argininy grupy komplementacji 1. a, b arg-e synteza ornityny 2. c, d, f arg-f synteza cytruliny 3. e arg-g synteza argininy wzrost w pożywce z dodatkiem wzrost w pożywce minimalnej

18 Anemia sierpowata: jeden gen - jedno białko choroba genetyczna: anemia, odporność na malarię choroba - zmiana struktury jednego białka, hemoglobiny mutacje - zmiany w sekwencji białka Geny kodują białka AA aa Aa elektroforeza hemoglobiny mutacje w genie hemoglobiny

19 Struktura DNA Cechy struktury DNA składa się z grup fosforanowych, pentozy i zasad azotowych puryny pirymidyny

20 Struktura DNA Cechy struktury DNA składa się z grup fosforanowych, pentozy i zasad azotowych grupa gosforanowa łączy się z deoksyrybozą i zasadą azotową tymina guanina cytozyna adenina pirymidyny puryny

21 Struktura DNA Cechy struktury DNA składa się z grup fosforanowych, pentozy i zasad azotowych grupa gosforanowa łączy się z deoksyrybozą i zasadą azotową grupy fosforanowe i deoksyrybozy tworzą szkielet cząsteczki 5 3

22 Struktura DNA Jak łańcuchy DNA układają się w przestrzeni? proporcje A:T i G:C są stałe, a proporcja (A+T):(G+C) jest zmienna

23 Struktura DNA Jak łańcuchy DNA układają się w przestrzeni? proporcje A:T i G:C są stałe, a proporcja (A+T):(G+C) jest zmienna cząsteczka ma układ helikalny i składa się z więcej niż jedngo łańcucha polinukleotydowego

24 Struktura DNA Jak łańcuchy DNA układają się w przestrzeni? proporcje A:T i G:C są stałe, a proporcja (A+T):(G+C) jest zmienna cząsteczka ma układ helikalny i składa się z więcej niż jedngo łańcucha polinukleotydowego struktura jest stabilizowana przez wiązania wodorowe gęsty roztwór DNA ogrzanie obniżenie ph rzadki roztwór DNA

25 Struktura DNA Watson i Crick: podwójna helisa cząsteczka DNA składa się z dwóch nici polinukleotydowych nici łączą wiązania wodorowe między zasadami azotowymi adenina zawsze oddziałuje z tyminą, a guanina z cytozyną

26 Struktura DNA Najważniejsze implikacje informacja genetyczna jest zakodowana w sekwencji zasad w DNA powielanie informacji genetycznej następuje przez tworzenie nowej cząsteczki DNA na matrycy starej zamiana nukleotydu - mutacja AGACTTTCGAGAGCTCGGTATAGGCGGTTATAGCATG AGACTTTC TCTGAAAG AGACTTTC TCTGAAAG AGACTTTC TCTGAAAG AGACTTTC TCTGAAAG AGACTTTC AGAGTTTC

27 Znaczenie struktury DNA Odkrycie struktury DNA było przełomowym momentem w biologii po nim nastąpiło zrozumienie wszystkich podstawowych procesów życiowych procesy bezpośrednio związane z DNA zostały przewidziane przez model albo dzięki niemu szybko odkryte w fizjologii, biochemii i biologii rozwoju nastąpiło znaczące przyśpieszenie

28 Odkrywcy struktury DNA Struktura DNA Rosalind Franklin ( ) Maurice Wilkins ( ) James Watson (1928- ) Francis Crick ( )

29 Struktura DNA

30 Badania rekombinacji mutantów rii u faga T4 robią większe łysinki niż dziki (r + ) nie robią łysinek w szczepie E. coli K(λ) rewersja mutacji może być łatwo wykryta Geny mają naturę liniową

31 Badania rekombinacji mutantów rii u faga T4 zarażenie bakterii jednocześnie dwoma mutantami namnożenie faga w dzikich bakteriach zakażenie bakterii K(λ) liczenie łysinek r47 x r106 Geny mają naturę liniową rodzicielskie nie rosną w K(λ) rekombinanty rosną w K(λ) na E. coli B 1345 łysinek na E. coli K(λ) 39 łysinek - 2,9% zaszła rekombinacja wewnątrz genu - geny mogą być w sekwencji

32 Badania rekombinacji mutantów rii u faga T4 maksymalna teoretyczna rozdzielczość mapy 0,002 maksymalna obserwowana rozdzielczość mapy 0,02 jeden nukleotyd w sekwencji to w przybliżeniu 0,02 Geny mają naturę liniową Geny mogą być zapisane w sekwencji nukleotydów.

33 Geny mają naturę liniową Badania rekombinacji mutantów rii u faga T4 niektóre mutacje w dziwny sposób nie rekombinują w obecności tej mutacji odległość między dwiema innymi się zmienia te mutacje to delecje a b c d a b c d a b 1% b d 1% a c 1,5% c d 1,5% b c 0% a d 3% a b d 2% 1% 1,5% 0% 3% 2% 1,5% 1% Geny mogą być zapisane w sekwencji nukleotydów.

34 Replikacja DNA jest semikonserwatywna Replikacja DNA semikonserwatywna, konserwatywna, rozdzielna tylko semikonserwatywna logicznie wynika z modelu Watsona-Cricka 14 N DNA gradient CsCl lekki 14 N + 15 N DNA semikonserwatywna konserwatywna rozdzielna 15 N DNA ciężki

35 Replikacja DNA jest semikonserwatywna 15 N 100% 15 N 100% 14 N, 15 N 14 N 50% 14 N 50% 14 N, 15 N 75% 14 N 25% 14 N, 15 N

36 Podsumowanie 1. Mutacje to fizyczne zmiany w genach. 2. Informacja genetyczna jest w DNA. 3. Geny kodują białka. 4. Odkrycie struktury DNA było momentem przełomowym. 5. Struktura DNA pozwoliła przewidzieć sposób zapisu oraz mechanizm replikacji genów

37